[发明专利]一种单相锁相环

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变流技术应用领域，特别涉及与电网互联的单相电力电子变流装置中的同步锁相技术。

背景技术

在应对全球资源锐减的举措中，太阳能、风能等再生新能源发电并网系统得到了极大重视。电网电压相位信息的准确获取对各种并网变流器的稳态、动态性能以及安全运行具有重要影响。

对于单相并网系统的同步技术，主要有过零比较锁相技术、基于乘法器的锁相技术和基于三相锁相控制技术的单相锁相技术。

过零比较锁相技术通过检测电压过零点来获得周期和相位信息，此法虽然简单但是锁相效果差、抗谐波干扰能力有限且无法检测电压的幅值。

基于乘法器的锁相技术使用乘法器作为鉴相器，为了达到锁相结果的高精确度需要设计高阶环路滤波器，使得锁相环的设计变得复杂。

基于三相锁相控制技术的单相锁相技术通过已知单相构造另外一相或两相，再使用成熟的三相锁相环技术得到单相系统的相位。如何通过已知单相构造另外一相是该锁相技术的核心。在单相系统中，在同一时刻只能采样到一个电压值，由它构成的二元方程是无法解出幅值和相位的。因此，单相锁相环需要一段时间去获取足够多的信息才能解出幅值和相位。目前所提出的构造方法中或需要复杂的数学计算，例如基于反park变换；或放大噪声，例如微分法；或产生额外成本，例如硬件构造法。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种算法简单、成本低、锁相精度高的单相锁相环，其不仅能够在电网相位变化时准确跟踪电网相位和幅值，而且可以在电网频率波动时迅速、准确跟踪电网相位。

为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种单相锁相环，包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，所述鉴相器包括Clark变换、正序变换和Park变换三部分，电压输入信号和两个零信号送入Clark变换，Clark变换的输出信号与锁相环的输出角频率一起送入正序变换的输入端，正序变换的输出信号与锁相环的输出相位一起送入Park变换，Park变换的输出信号即为鉴相器的输出信号；所述鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连，环路滤波器的输出信号加上初始值之后送入压控振荡器的输入端。

上述Clark变换执行三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，变换公式如下：

uαuβ=231-12-12032-32uaubuc]]>

其中，u_a、u_b、u_c分别为三相静止坐标系下的a、b、c相，u_α、u_β分别为两相静止坐标系下的α、β相。